CN113671235A - 一种变压器中性点偏磁电流测量装置、方法及统计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器中性点偏磁电流测量装置及方法，利用安装于被测站点中的变压器的中性点接地线上的霍尔传感器来以预设采集频率采集偏磁电流，进而实现偏磁电流的准确测量。本发明还用于提供一种变压器中性点偏磁电流统计方法，获取统计站点目标时段内每一采样点的偏磁电流，目标时段至少包括一个单元时间。然后根据目标时段内每一采样点的偏磁电流，计算目标时段中每一单元时间对应的特征值，特征值包括最大值、最小值、平均值、绝对值最大值、绝对值平均值和正值分布概率，进而利用该统计方法能够获得偏磁电流的变化规律，为偏磁电流的治理提供依据。

Description

一种变压器中性点偏磁电流测量装置、方法及统计方法

技术领域

本发明涉及偏磁电流研究技术领域，特别是涉及一种变压器中性点偏磁电流测量装置、方法及统计方法。

背景技术

目前国内外城市的地铁和轻轨轨道列车供电多采用直流牵引供电方式，主要由牵引变电所、接触网(架空线或接触轨)和回流系统组成。其中，回流系统由钢轨(负极)、道床(支持钢轨及实现钢轨与大地的绝缘)及其附属结构组成，钢轨兼做回流轨。机车所需电流由牵引变电所提供，通过接触网取流，并经过钢轨回流到牵引变电所整流系统的电源负极。由于钢轨具有电阻并承载着电流，所以在钢轨上存在着对地压降，同时，钢轨的支持道床对地也并非完全绝缘，而是存在一定的过渡或泄漏电阻。因此，在地铁列车运行过程中，就会有电流由钢轨通过道床(钢筋水泥材料)泄漏流入大地，此为杂散电流或者地铁迷流，然后经由城市地表大地以及埋地金属结构等返回到牵引变电所的整流系统的电源负极。

轨道交通直流牵引供电系统的杂散电流通过轨道与变电站之间的大地及接地网吸收引入变电站，并经过电网电阻网络途径向远方变电站接地网大地传播、散布，导致了城市电网相关变压器的严重偏磁，变压器的振动、噪声显著加剧，电网谐波出现异常。

因此，如何对由城市轨道交通直流牵引供电系统产生的杂散电流所引起的变压器中性点的偏磁电流进行测量和统计是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种变压器中性点偏磁电流测量装置、方法及统计方法，以对由城市轨道交通直流牵引供电系统产生的杂散电流所引起的变压器中性点的偏磁电流进行测量和统计，正确描述偏磁电流的规律，为直流偏磁的防治提供依据。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

第一方面，本发明用于提供一种变压器中性点偏磁电流测量装置，所述测量装置包括：

霍尔传感器，安装于被测站点中的变压器的中性点接地线上，用于以预设采集频率采集偏磁电流；所述被测站点为中性点存在有效接地的变电站；

控制单元，与所述霍尔传感器通信连接，用于接收所述偏磁电流并存储。

本发明还用于提供一种变压器中性点偏磁电流测量方法，所述测量方法包括：

接收并存储霍尔传感器以预设采集频率采集的偏磁电流；所述霍尔传感器安装于被测站点中的变压器的中性点接地线上；所述被测站点为中性点存在有效接地的变电站。

另一方面，本发明用于提供一种变压器中性点偏磁电流统计方法，所述统计方法包括：

获取统计站点目标时段内每一采样点的偏磁电流；所述目标时段至少包括一个单元时间；所述单元时间为预设时间段；

根据所述目标时段内每一采样点的偏磁电流，计算所述目标时段中每一所述单元时间对应的特征值；所述特征值包括最大值、最小值、平均值、绝对值最大值、绝对值平均值和正值分布概率。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明用于提供一种变压器中性点偏磁电流测量装置及方法，利用安装于被测站点中的变压器的中性点接地线上的霍尔传感器来以预设采集频率采集偏磁电流，进而实现偏磁电流的准确测量。本发明还用于提供一种变压器中性点偏磁电流统计方法，获取统计站点目标时段内每一采样点的偏磁电流，目标时段至少包括一个单元时间。然后根据目标时段内每一采样点的偏磁电流，计算目标时段中每一单元时间对应的特征值，特征值包括最大值、最小值、平均值、绝对值最大值、绝对值平均值和正值分布概率，进而利用该统计方法能够获得偏磁电流的变化规律，为偏磁电流的治理提供依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1所提供的轨道交通杂散电流的产生与收集示意图；

图2为本发明实施例1所提供的上海220kV电网系统变电站与其相邻轨道交通线路的地理位置关系示意图；

图3为本发明实施例1所提供的变压器正常和偏磁时分别对应的激磁电流示意图；

图4为本发明实施例1所提供的YD站3#主变中性点三天的监测数据示意图；

图5为本发明实施例1所提供的TS站1#主变中性点直流6分钟数据曲线；

图6为本发明实施例1所提供的HF站1#主变中性点某时刻的偏磁电流曲线图；

图7为本发明实施例1所提供的TS站1#主变中性点某时刻的偏磁电流曲线图；

图8为本发明实施例1所提供的GB站#1和#2主变中性点偏磁电流在同一时刻的曲线图；

图9为本发明实施例1所提供的HF站#1和#2主变中性点偏磁电流在同一时刻的曲线图；

图10为本发明实施例1所提供的GB站1#主变中性点偏磁电流在不同时刻的曲线图；

图11为本发明实施例1所提供的JH站1#主变18：10的偏磁电流变化曲线图；

图12为本发明实施例1所提供的GB站18：20的偏磁电流变化曲线图；

图13为本发明实施例1所提供的测量装置的结构示意图；

图14为本发明实施例3所提供的统计方法的方法流程图；

图15为本发明实施例3所提供的数据分析流程示意图。

符号说明：

1-霍尔传感器；2-控制单元；3-零序电流互感器；4-后台机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种变压器中性点偏磁电流测量装置、方法及统计方法，针对轨道交通直流牵引电流引起的变电站的偏磁电流的特点，提供了一种测量方法和统计方法，测量方法包括测量技术要求、测量选点、时间选取等，能以科学的方式展示偏磁电流的波动性、间歇性及周期性的特点，统计方法提供了测量数据的分析方法，利用偏磁电流相关的特征值来正确的描述偏磁电流的规律。通过本发明的测量方法及统计方法得出的数据，可以判定被测变电站的偏磁大小、电流属性等，为直流偏磁的防治提供依据。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1所示，其为轨道交通杂散电流的产生与收集示意图，通过图1可知，城市轨道交通直流牵引供电系统会产生杂散电流，杂散电流会经由城市地表大地以及埋地金属结构等返回到牵引变电所的整流系统的电源负极。如图2所示，其给出了上海220kV电网系统变电站与其相邻轨道交通线路的地理位置关系图，由图2可知，不同变电站之间有相应的连接关系，轨道交通与电力网络在空间上是交错叠加的，具备复杂的相互关系。在轨道交通线路上，同时具有两个方向的轨道交通列车，在同一时刻，同一方向的轨道上又有间隔一定距离的多辆轨道交通列车在运行，这些列车的杂散电流散入大地后，会通过城市地表下的人工建筑物、金属管路以及电网系统进行散步及传播。监测表明，杂散电流会有很大一部分通过电网接地变压器、导电性非常良好的三相金属导线(架空线路或者电缆)以及电缆路径进行散布及向远方传播，并通过这些可能路径流回牵引变电所的整流系统的电源负极。对于城市电网，由于在城市中，地下建筑物大量存在，地下商场、地下停车场、地上建筑的地基等大量钢筋混凝土结构存在，其中的钢筋结构以及各类接地网，为地铁杂散电流提供了良好的导流环境，城市变电站的巨大且良好的接地网更是为收集或吸引杂散电流提供了特殊的地下网点或基地，同时在城市电网中，变电站之间通过架空或电缆线路在电气上连接成网络关系，杂散电流通过变电站的接地网，接地变压器、线路(架空或电缆，以及电缆金属屏蔽层)构成了一个导电性非常良好的杂散电流通道，地铁杂散电流可以通过城市电网向远处的大地散布及传播。

在此，对变压器直流偏磁现象进行简述，正常情况下，变压器的磁路工作在对称的线性区域，因此正弦的磁通能够建立近似正弦的激磁电流，当有直流侵入时，直流将流入高压绕组，导致励磁电流工作点上移，进入激磁曲线的非线性区域即饱和区，一般的接线方式下，铁心磁通为正弦变化，所以激磁电流的正半周会发生明显的畸变形，而负半周依然保持为正弦。变压器正常的激磁电流如图3(a)所示，偏磁时的激磁电流如图3(b)所示。

轨道交通的杂散电流同样会导致城市电网变压器产生偏磁问题。变压器发生直流偏磁后产生的一系列干扰效应，影响变压器和电网的安全运行，还会对地下管网和周围环境产生不利影响，主要表现在变压器励磁电流大幅增加，铁心饱和程度加深，漏磁通加大，使其绕组、铁心、油箱和夹件的涡流损耗增加，进而引起变压器顶层油温和绕组温度增加，导致局部过热。漏磁通的大幅增加，也会导致绕组电动力增大，使变压器振动、噪声加剧。在偏磁电流的长期作用下，会使变压器的机械性能、抗短路能力下降，从而在变压器遭受外部突发短路故障时，引发更大的电网事故。

目前，对于轨道交通直流牵引系统的杂散电流的影响及防护，在研究领域及制定相关标准方面，多集中于杂散电流对城市地下金属管网等的腐蚀方面，技术也相对成熟。而对城市轨道交通沿线附近几百米到数千米距离范围内众多的城市220千伏，110千伏供电变电站及其电网的影响及防护方面，尚未大规模系统性开展杂散电流对其影响的测量、监测。

对利用现有监测装置对偏磁电流进行监测所得到的监测数据进行分析研究后可知，轨道交通直流牵引系统的杂散电流对附近变电站的影响从三、四百米到两三千米距离范围内都有严重或显著影响，杂散电流通过轨道与变电站之间的大地及接地网吸收引入，并经过电网电阻网络途径向远方变电站接地网大地传播、散布，导致了相关变压器的严重偏磁影响，变压器的振动、噪声显著加剧，电网谐波出现异常。系统性多站点监测取得的数据表明，此种杂散电流引起的偏磁电流具有间歇性、波动性和长期性特点，一些变电站还会受到附近两条、三条轨道交通线路的同时影响，其偏磁电流具有叠加性特点。另外，通过电力线路互联的变电站，变压器还会受到对侧变电站吸收并散布的杂散电流的交叉、交互影响，因此，这种受到轨道交通直流牵引系统的杂散电流影响的变电站以及电网偏磁电流及其影响的监测，在监测对象，监测技术以及监测数据的统计分析方法等方面，表现出了很大程度的复杂性及独特性，与现有针对直流输电单极大地运行方式下的偏磁电流监测技术，统计分析技术方面差别很大。

具体的，通过现有的偏磁电流检测装置在现场的检测应用，发现城市接近轨道交通的变电站中性点偏磁电流具有如下特点：

1、工作日杂散电流波动的周期性特点(每日有两个高峰期，一个停歇期，以及其他非高峰期)

1)变压器中性点出现偏磁电流，与轨道交通运行高度相关(周期性)

如图4所示，其为上海YD站3#主变中性点三天的监测数据。图4中，采集频率是每两分种采一个数据，虽不能详细测出特定时刻的电流动态特征，但仍有一定的参考意义，由图4中可以看出电流在每日的23:30分至次日的5:30是平稳的，且出现周期性变化，这与地铁停运的时刻表一致，考虑到当时上海并无直流接地极运行的情况，可以确定，此时进入电网变压器的中性点直流来源于轨道交通杂散电流的影响。从图4所示的曲线可知，由于采样是每两分种采集一个点是随机值，不能反映出足够多的信息，也很难反映一个较短周期内的实际电流运行规律以及长时间的运行规律。

2、杂散电流波动性及间歇性特性

通过带电检测方式的现场检测也发现，上海JA站在0点过后，偏磁电流为0，变压器噪声下降10dB多。如表1所示，其为JA站2#主变不同时刻特征参数汇总表，其也说明了电流与轨道交通在高峰期、停运期间的关系。

表1

1)数据波动性的特点：

如图5所示，其为上海TS站1#主变中性点直流6分钟数据曲线。图5的测量时间长度为6分钟，采集装置通过高频采样，并计算出每一秒的平均电流值，可以清楚的知晓中性点在一段时间内的变化曲线。由图5可知，在6分钟的时间内，中性点处的直流电流出现跨越0点的波动，直流电流的极性会发生变化，且电流曲线也显示出存在一定的规律。由于轨道交通起停一次的周期约为2～3分钟左右，通过大量的数据分析可知，某时刻对于中性点直流持续6分钟的测量，已足够反映此时刻偏磁电流的变化。

2)对于不同地点的变压器，中性点电流的正负极性主导电流的极性有所不同

如图6所示，其为上海HF站1#主变某时刻的偏磁电流曲线图，如图7所示，其为上海TS站1#变中性点某时刻的偏磁电流曲线图。由图6和图7可知，中性点偏磁电流的极性差异较大，极性的正负表示电流的来源方向，负向电流是由接地网从附近轨道交通吸收而来，正向电流是从远端变电站吸收传送而来，一般这两种极性的电流同时存在，如果负值电流大，说明以吸收电流占主导，正值电流大，说明远端传送过来的电流占主导。当电流持续为正或为负时，偏磁电流引起的剩磁持续存在，将影响到变压器的磁滞曲线并引起谐波产生，引起电力设备的持动的振动和噪音。因此计算平均值和绝对值平均值对分析偏磁电流的影响具有重要意义。

3)同一站内变压器中性点受直流影响大致相同，变压器的偏磁电流具有同步性特征

如图8所示，其为GB站#1和#2主变中性点偏磁电流在同一时刻的曲线图，图8中系列1为#1主变，系列2为#2主变。如图9所示，其为HF站#1和#2主变中性点偏磁电流在同一时刻的曲线图，图9中系列1为#1主变，系列2为#2主变。从图8、图9中可以看出，两台主变对端在同一个变电站时，偏磁电流曲线的高度一致性。分析认为，主变在本地的对于轨道散流的吸收与对端变压器轨道交通散流吸纳后的传送有一定相关性。

4)同一主变，不同时刻的曲线明显不同

如图10所示，其为GB站1#主变中性点偏磁电流在不同时刻的曲线图，具体为GB站1#主变中性点在17:20、18:20和23:20三个不同时刻的偏磁电流曲线，系列1为17:20，系列2为18:20，系列3为23:20。从图10中可以看出，对处于轨道交通高峰期的18:20时刻，其电流的绝对值要比17:20时有很大的提升，并且以吸纳附近轨道交通散流为主。在17:20时，尚未进入轨道交通运输的高峰期，其电流的绝对值没有高峰期的大，且电流的正值电流占了相当的比例。在23:20时刻，GB站附近的轨道交通车辆陆续停运，负荷减小，故吸纳本地轨道交通的散流减小，从远端传来的偏磁电流占据大部分比例。

通过对上海500千伏JA站的检测发现，非高峰时刻中午12时检测的主变偏磁电流为最大值为20A左右，下午18时为40A左右，至过了0点，地铁停运后，偏磁电流为0。

3、杂散电流波动性及间歇性特性过程中的周期性规律特性

1)中性点直流偏磁电流与变电站的电压等级有关；同一变电站内，中性点的偏磁电流与变压器的电压等级有关

通过现场3个500kV变电站和8个220kV变电站的数据分析，500kV变电站测量的偏磁电流明显大于220kV变电站中性点的偏磁电流。同时，在500kV JA站测量220kV变电压器中性点电流时，其值不明显。在220kV HF站测量110kV变压器中性点偏磁电流，其值接近零值。分析认为这与更高电压等级的变电站有更低的接地电阻有关，同一变电站内，低压侧的接地网络相比高压侧有更高的电阻，偏磁电流选择在低阻网络中流通而导致的。

4、轨道交通杂散电流对城市电网影响程度的地理位置、网络关系及其他因素

1)中性点偏磁电流的大小程度与变电站的地理位置有关

220kv JH站位于远郊区，为对比其与城区站受轨道交通杂散电流的影响，选取市内GB站1#主变18：20的数据与JH站1#主变18：10的数据进行对比分析，如图11所示，其为JH站1#主变18：10的偏磁电流变化曲线图，如图12所示，其为GB站18：20的偏磁电流变化曲线图。通过对比各个特征参数，得知GB站受城市轨道交通杂散电流影响大于JH站所受影响，分析其原因与变电站地理位置有关。

2)变电站中性点偏磁电流与相邻变电站存在密切的关系

对比JA站与SL站，选取非高峰时段的变压器中性点电流数据，即JA站14:45与SL站14:33时段的数据，以及高峰段电流数据即JA站17:55与SL站16:35时段的数据，统计电流特征值，结果如下表2所示，表2为JA站与SL站特征参数汇总表。

表2

根据上表2可知，JA站与对端的SL站之间存在紧密的关系，JA站大多时刻是负值，意味着是从接地网吸收轨道交通的杂散电流为主，而杂散电流通过接地线向SL站传送，故SL站则将从JA站转移的直流注入大地，故以正值为主，从两站的数据关系上，也表明了这种关系。

3)地下轨道交通的散流能力强于地面轨道交通的散流能力

对比500kV JA站与500kVWJC站，选取高峰时段的变压器中性点电流数据，即JA站17:55与WJC站18:00时段的数据，统计电流特征值，结果如下表3所示，表3为JA站与WJC站特征参数汇总表。

表3

对比分析500千伏JA站及WJC站的监测数据，可以看出在地铁运行高峰时段，JA站受杂散电流影响要大于WJC站，现场监测过程中也明显感受到JA站因杂散电流影响产生较严重的振动和噪声。因JA站附近城市地铁为地下轨道交通，WJC站附近城市地铁为地面轨道交通，因此可以分析得出地下轨道交通与地面轨道交通对变电站的影响存在量值上的差异，杂散电流通过地下轨道交通的散布能力强于地面轻轨，这一点也符合基于两者的轨道对于大地的接触或接地电阻差别。

在此，简要介绍轨道交通杂散电流对城市电网各个站点及变压器影响程度的统计方法。

1、城市轨道交通运行的高峰段、非高峰段、以及停运后的总体影响统计

1)波动性统计(在高峰期、非高峰期及停运期各个时段进行其波动性统计)

对500kV JA站统计其中性点偏磁电流的最大正值、最小负值、大小差值、平均值、绝对值最大值、绝对值平均值以及正值概率这7个特征值，其统计结果如下表4所示，表4为JA站1#主变不同时刻特征参数汇总表。

表4

以500千伏JA站作为典型变电站，监测其全天不同时间段的变压器中性点杂散电流，对比分析在城市地铁运行高峰时段、非高峰时段以及停运后JA站内变压器所受影响，可以看出在地铁运行高峰段，JA站变压器受杂散电流影响较大，其杂散电流负值占比非常大；在非高峰时段，变压器受杂散电流影响小于高峰段，但杂散电流仍以负值为主；在地铁完全停运时段，变压器受杂散电流影响非常小，杂散电流值基本为0。

由上面监测数据统计分析显示，列车运行产生的杂散电流是动态快速变化的(秒级)，其特性完全不同于直流输电单极大地运行时造成的长时间(几十分钟到几小时)非常稳定的直流偏磁电流特性。对于变电站以及接地变压器的偏磁影响监测，需要制定适应快速动态变化的监测技术要求，规定中性点监测装置的采样频率，直流平均值计算周期，数据取样周期以及动态连续监测记录的时间等，同时对监测地点，监测时间以及监测的同步性方面，要事先根据相应的变电站以及变压器的等值电阻网络拓扑结构进行针对性的设计安排，进而规定、指导各个变压器的单独监测、不同变压器的同步联合监测，以及规定变电站之间的同步监测的技术要求及方法。在做进一步深入研究前，都需要明确，如何将轨道交通引起的偏磁电流表征出来。

因此，如何进行采样及计算快速变化的动态波动过程中的偏磁电流，以及如何对不同时段，即高峰、非高峰时段，以及停运时段的动态波动进行统计学意义上的统计分析，并进而进行有关特性及特征的表征研究轨道交通直流引供电系统引起的变压器中性点偏磁电流，对于研究轨道交通对于变压器设备的影响以及评估、治理，都具有重要的意义。

基于上述内容，本实施例用于提供一种变压器中性点偏磁电流测量装置，如图13所示，所述测量装置包括：

霍尔传感器1，安装于被测站点中的变压器的中性点接地线上，用于以预设采集频率采集偏磁电流，偏磁电流为直流，预设采集频率可为6400Hz。被测站点为中性点存在有效接地的变电站，本实施例的测量方法不适用于不接地的变电站。

控制单元2，与霍尔传感器1通信连接，用于接收偏磁电流并存储。

由于主变压器是一个变电站中主要用于输变电的总降压变压器，也是变电站的核心部分，故本实施例的测量装置可以仅安装于被测站点的主变压器上，以减少测量装置的数量。

本实施例可以研究分析整个城市整体因轨道交通直流牵引供电系统引起的偏磁电流情况，此时，被测站点为整个城市中每一中性点存在有效接地的变电站，本实施例也可研究分析城市内重点关注站点的偏磁电流情况，将重点关注站点称为重点变电站，此时，被测站点为城市中的重点变电站。重点变电站包括与轨道交通的距离在第一预设范围内的第一变电站、与轨道交通末端站的距离在第二预设范围内的第二变电站以及第一变电站和第二变电站的对侧变电站。第一预设范围可为4km。

具体的，重点变电站参考以下选择原则：

1、轨道交通道附近，距离轨道交通距离在4km以内的第一变电站，对于距离轨道交通在500m以内，且处于两条轨道交通以上交汇点附近的第一变电站，要重点选择；

2、地铁末端站附近的第二变电站。

3、关联选站：与已选择站点(第一变电站和第二变电站)相连接的对侧变电站。第一变电站与第一变电站的对侧变电站为关联被测站点，第二变电站与第二变电站的对侧变电站为关联被测站点。

本实施例的测量装置用于对高压侧和低压侧同时存在中性点接地的变压器中的高压侧进行测量，即如被测站点中变压器的高压侧和低压侧都存在中性点接地，则测量装置只测量高压侧的中性点。所述测量装置还用于对采用接地电缆输电的被测站点中的接地电缆的电缆护套进行测量，即对于采用接地电缆输电的被测站点，因电缆护套接地，也会分流一部分偏磁电流，因此需要对电缆护套的偏磁电流进行检测，以更好的掌握该被测站点的偏磁电流情况。另外，对于有两台以上主变压器的高压侧中性点都接地的被测站点，因连接关系可能不同，需要对所有主变压器的高压侧中性点进行测量。需要说明的是，高压侧和低压侧是相对于一个变压器而言的，对于常规的降压变压器，输入端就是高压侧，输出端就是低压侧。

如图13所示，由于偏磁电流还会使电网谐波出现异常，为了研究偏磁电流对电网谐波的影响，本实施例的测量装置还包括零序电流互感器3，零序电流互感器3安装于变压器的中性点接地线上，且零序电流互感器3与控制单元2通信连接。零序电流互感器3用于在偏磁电流达到预设值时，将产生的零序电流作为录波数据传输至控制单元2，控制单元2用于根据接收的录波数据进行谐波分析，进而通过霍尔传感器1和零序电流互感器3的录波数据，进行偏磁电流引起的谐波分析。

以下，简要说明传感器的关键技术指标要求：

1、霍尔传感器1：规格选择，根据变电站变预期的最大直流电流进行适配，可选择100:1、50:1、20:1、10:1，测量误差小于1％。

2、零序电流互感器3：规格选择，根据变电站变预期的最大直流电流进行适配，可选择100:1、50:1、20:1、10:1，测量误差小于1％。

3、可确定中性点入地方向为正，此时传感器的安装正方向必须指向接地网。

4、传感器采用开口式设计，能安装于中性点入地扁铁上，并满足现场安装相关尺寸要求。

作为一种可选的实施方式，本实施例的测量装置还包括后台机4，其与控制单元2通信连接，控制单元2的关键技术指标要求如下：

1、具备至少3个通道的电流采集能力。

2、采集应满足9次谐波的采集要求，每通道采样频率在6400Hz以上。

3、具备谐波分析的录波功能。

4、具备外存接口，可导出录波数据。

5、具备RS485接口、RJ45接口等方式，可将数据传送到后台机4，并响应后台机4的指令。

后台机4的技术要求如下：

1、通过RS485总线或网线与控制单元2进行通讯。

2、具备数据预处理及统计分析功能，以满足大数量测量数据分析的需要。

在此，本实施例的测量时间要求如下：

1、为满足同步测量以及对比分析的要求，测量装置的时钟要与标准时间进行同步，同步误差要求小于0.1s.

2、数据的采集和记录以5分钟为一个单元时间，单元时间的起点分别在每小时内的0：00、5:00、10:00、15:00、……、55:00开始，将1小时分解为12个单元时间。数据的记录和分析以一个单元为单位。比如，当测量装置从15:13:35开始启动后，第一个单元数据从15:15：00时开始。

本实施例的数据记录要求如下：

1、控制单元2具备录波功能，可存储录波数据，并满足谐波分析的要求。

2、单元时间数据记录：可连续记录单元时间内(5分钟)的偏磁电流数据，并存储到数据库中。

3、特征值记录：将单元时间内获得的偏磁电流通过二次分析，获取相应特征值，并连续记录，存储到数据库中。

4、从单元时间的特征数据中得到日偏磁电流的特征数据，存入到数据库中。

实施例2：

本实施例用于提供一种变压器中性点偏磁电流测量方法，所述测量方法包括：

接收并存储霍尔传感器以预设采集频率采集的偏磁电流；所述霍尔传感器安装于被测站点中的变压器的中性点接地线上；所述被测站点为中性点存在有效接地的变电站。

作为一种可选的实施方式，本实施例的测量方法包括多种测量方式，测量方式包括：

1、变压器上两个接地点的同步测量：多种情况下，变压器中性点通过两组扁铁进行接地，此时需要进行变压器上两个接地点的同步测量，以测量出入地电流的分配关系，以计算中性点的整体电流。在进行中性点的整体电流计算时，可采用两组测量装置加和的方式进行计算，也可通过两组测量装置的同步测量计算出电流分配比例后，通过一组测量装置测量，按比例计算出中性点整体电流的大小。

2、变压器与电缆护套的同步测量：对于通过接地电缆连接的变电站，需采用两套测量装置进行变压器中性点与电缆护套偏磁电流的同步测量，以获取偏磁电流在两种传输路径上的分配比例。

3、同一被测站点中多个变压器的同步测量：对于变电站内有两组以上高压侧中性点有效接地的变压器，通过两组以上测量装置，采用同步测量的方式，记录相关数据，以研究不同或相同电网连接关系下的偏磁电流的相关性。

4、关联被测站点中变压器的同步测量：对被测站点中的变压器和被测站点的对端变电站中的相应变压器进行同步测量，以研究偏磁电流在电网中的传输规律。

5、偏磁治理前后同一变压器的测量：在城市变电站偏磁治理之后，重新检测一次，比较偏磁治理前后相关测量值及特征参数，以了解治理之后的效果，进行偏磁治理前后的对比测量。

需要说明的是，同步测量是指测量两组对象在相同时间内的数据，以研究两者间的电流的分配关系和趋势变化。

除此之外，本实施例的测量方式还包括谐波关联测量：为掌握谐波情况，测量装置需要记录偏磁电流达到一定阈值时的谐波情况，故可设置测量装置在偏磁电流达到阈值时进行录波操作。同时，变电站控制室控制系统中，可在偏磁电流达到最大值时，启动人工录波，记录三相电流录波数据，以分析谐波情况。

实施例3：

本实施例用于提供一种变压器中性点偏磁电流统计方法，如图14所示，所述统计方法包括：

S1：获取统计站点目标时段内每一采样点的偏磁电流；所述目标时段至少包括一个单元时间；所述单元时间为预设时间段；

统计站点包括不同电压等级的被测站点、位于城市不同区域的被测站点、地上被测站点以及地下被测站点。

具体的，统计站点的选择要覆盖到以下几种情况：

1、选择覆盖城市内不同电压等级的被测站点，包括500kV变电站、220kV变电站和110kV变电站等；

2、选择覆盖不同的城市区域：市内繁华商业区、居民区、近郊区域、远郊区域的轨道交通线路附近的被测站点。

3、选择覆盖城市的地下轨道交通线路(地铁)以及地上轨道交通线路(城铁)附近的被测站点；

4、选择覆盖地上被测站点以及地下被测站点。

为使统计数据科学有效，每种典型场景选择至少3个被测站点以上，选点越多，则城市的整体偏磁情况越有说服力。

S2：根据所述目标时段内每一采样点的偏磁电流，计算所述目标时段中每一所述单元时间对应的特征值；所述特征值包括最大值、最小值、平均值、绝对值最大值、绝对值平均值和正值分布概率。

对单元时间内每一采样点的偏磁电流进行如下处理：将单元时间内的每一秒钟所包括的所有采样点的偏磁电流进行算术平均，得到每一秒钟对应的偏磁电流数据，进而综合所有秒的偏磁电流数据得到单元时间对应的偏磁电流数据。单元时间具体可为5分钟，此时，单元时间对应的偏磁电流数据包括300个。

针对上述得到的单元时间内(5分钟)获得的300个秒级平均值偏磁电流数据，进行二次分析，选取数据的最大值、最小值、平均值、绝对值最大值、绝对值平均值以及正值分布概率作为特征值来表征偏磁电流的特性，单元时间对应的偏磁电流数据的时间序列为{I₁，I₂，...，I_n}，当单元时间为5分钟时，n为300，特征值的计算方法如下：

最大值I_max＝max{I₁，I₂，...，I_n}；

最小值I_min＝min{I₁，I₂，...，I_n}；

平均值

将上述时间序列{I₁，I₂，...，I_n}取绝对值得到{|I₁|，|I₂|，...，|I_n|}，则

绝对值最大值|I|_max＝max{|I₁|，|I₂|，...，|I_n|}；

绝对值平均值

上述时间序列中所得偏磁电流的个数为n，设上述时间序列中正值偏磁电流的个数为n₊，则得到正值分布概率

通过统计分析对单元时间对应的偏磁电流数据的特征值，可以直观的得出偏磁电流的分布规律，便于观察偏磁电流对于变压器的影响。

本实施例的特征值还可包括电流积分量，对上述时间序列{|I₁|，|I₂|，...，|I_n|}进行积分，统计偏磁电流在一个时间段(0，t)内电流总量的变化趋势，则得到电流积分量

分析积分值Q_n的变化趋势及斜率大小，可以得出变压器中性点受偏磁电流影响的大小程度。

在研究短期内偏磁电流的变化规律时，目标时段只包括一个单元时间，单元时间可为5分钟。在进行偏磁电流采样时，以高速采样(6400Hz以上)进行数据采样，在采样5分钟后，数据量接近200万个，为正确反映偏磁电流的波动特性，对每秒钟内所有采样点的数据进行算术平均并输出，这样5分钟用300个数据即可反映短期内偏磁电流的变化规律，进而反映偏磁电流的波动性。

为反映偏磁电流在较长时间内，如1小时、1日、1周的运行规律，采用特征值法。此时目标时段包括多个单元时间，将目标时段进行时间分割，得到多个单元时间，对每一单元时间的300个数据进行二次计算，得出每一单元时间对应的最大值、最小值、平均值、绝对值最大值、绝对值平均值、正值分布概率等特征指标，以该目标时段所包括的所有单元时间对应的特征值来反应偏磁电流的长期变化规律。以1日为例，如果连续测量1天，我们可以得到6*24共144组特征值，用来反映1天的偏磁电流变化规律是可行的。

例如，对JA站1#主变不同单元时间的特征值进行统计，得到表5，其为JA站1#主变不同时刻特征参数汇总表。

表5

通过对比不同监测时刻的数据统计结果可以看出，从17：00至18：00，随着时间的推进，偏磁电流的正值概率逐渐减小，负值占比不断增大，同时电流的绝对值平均值也不断增大，至18：00时刻，电流均呈现负值，说明城市轨道交通步入最大高峰期，从18：15至18：25，偏磁电流随时间波动，整体特征未呈现较大起伏，说明城市轨道交通一直持续在高峰期未消减。

当目标时段为一日时，可得日偏磁电流的特征参数，当统计日偏磁电流的特征参数时，测量装置的工作模式是处于连续采集方式下，从0：00开始，至次日0：00止，计算得出每一单元时间的特征值。日偏磁电流的特征参数包括日偏磁电流最大值、日偏磁电流最小值、日偏磁电流平均值、日偏磁电流绝对值最大值和日偏磁电流绝对值平均值，其获取方法如下：

日偏磁电流最大值取当日所有单元时间的最大值中的最大值。

日偏磁电流最小值取当日所有单元时间的最小值中的最小值。

日偏磁电流平均值取当日所有单元时间的平均值的算术平均值。

日偏磁电流绝对值最大值取当日所有单元时间的绝对值最大值中的最大值。

日偏磁电流绝对值平均值取当日所有单元时间的绝对值平均值的算术平均值。

作为一种可选的实施方式，一个单元时间内的偏磁电流采用特征值或者由时间和偏磁电流组成的曲线图进行表示。具体的，用7个特征值反映该单元时间内的偏磁电流。或者，用图表反映该单元时间内的偏磁电流，图表采用二维图形展示，横坐标为时间，起点是记录时的时刻，间隔1秒，共300组数据(单元时间为5分钟时)，纵坐标为每秒的平均电流值，进而形成一个单元时间内的电流变化趋势图。

多个单元时间分别对应的特征值采用表格或者由时间和特征值组成的曲线图进行表示。表格展示：特征值可以上表5的方式进行展示，其中时刻是各单元时间(5分种)的起始时间，电流单位为A，特征值以表格的形式展示时，每一行即是一个单元时间内的电流数据，且点击此条记录，可调出用图表展示的单元时间内的电流变化趋势图。或者，以图形的方式展示特征值的变化趋势图，二维图的横坐标为时间，原点(左端点)是起始时间，右端点是终止时间，纵坐标是对应的某种特征量，如偏磁电流最大值。利用这两种表示方法能够清楚反映偏磁电流的特征值的趋势。

所述统计方法还包括对比分析；所述对比分析包括：

1、对相同单元时间内不同变压器的偏磁电流进行对比

用图表反映该单元时间内两组以上偏磁电流数据的变化对比曲线，图表采用二维图形展示，横坐标为时间，起点是记录时的时刻，间隔1秒，共300组数据(单元时间为5分钟)，纵坐标为每秒的平均电流值。不同变压器对应的曲线要有明确的区分，进而可实现同一时间内不同变压器偏磁电流波动性的对比。

2、对不同单元时间内同一变压器的偏磁电流进行对比

用1中的方式，采用两组或以上曲线来表示，每一组曲线代表一单元时间的偏磁电流数据，不同曲线代表不同单元时间内的偏磁电流，用此方法可分析同一变压器的中性点偏磁电流在不同时刻的波动性区别。

3、相同目标时段内不同变压器的特征值进行对比

以二维图形的方式展示两组或以上偏磁数据的特征值的变化趋势，二维图的横坐标为时间，原点(左端点)是起始时间，右端点是终止时间，纵坐标是对应的某种特征量，如偏磁电流最大值。不同的曲线代表不同的变压器中性点的特征数据。

4、不同目标时段内同一变压器的特征值进行对比

按3的展示方式，采用两组或以上二维曲线来表示，每一组曲线代表不同的目标时段内的偏磁电流特征数据(如最大值)的变化趋势，用此方法可分析同一中性点偏磁电流在较长时间内的趋势对比，可用来分析同一变电站中性点偏磁电流在工作日高峰期、非高峰期之间、工作日与非工作日之间、偏磁治理前后之间的偏磁电流的区别。

本实施例的统计方法能够带来以下效果：

1、通过数据判断偏磁电流的有无以及强弱：通过单元数据及曲线，反映选定单元时间内的偏磁电流波动特性，通过曲线，反映一段时间内的电流变化规律，即短时波动特性。

2、一段时间内的特征值曲线，可用来分析该变电站中性点偏磁电流在轨道交通运行工作日、双休日、工作日高峰期、非高峰期、停运期间的变化，可以使观测者快速掌握偏磁电流的规律。

3、通过特征值中的正值分布概率，可了解该变电站的偏磁电流流向及极性特征。

4、通过中性点日特征参数，可迅速了解当天的偏磁水平。

5、统计分析方法可用于变电站的偏磁治理，为偏磁治理提供依据、分析偏磁电流治理前后的偏磁电流水平，评价治理手段的效果。

6、结合变电站所处的地理位置(城区、近郊、远郊、地上还是地下变电站)、变电站的等级(500kV、220kV或其它)、变压器绕组方式、电网结构情况、周围轨道交通条件(如地铁还是城铁、是单一轨道交通环境还是多条轨道交汇)、周围的地下建筑以及岩土层情况等情况，可研究偏磁电流的影响规律。

7、结合其它监测手段，如变压器振动传感器、噪声传感器，可研究偏磁电流与变压器振动及噪声之间的关系。

8、通过在一个市内地铁沿线的广泛布点，可掌握一个城市偏磁电流整体规律。

国内目前的直流偏磁监测系统，主要针对直流输电系统单极运行时引起的偏磁电流，因偏磁数据在短时间相对恒定，故每隔几分种时间采样一次，每次采集一个点，对于分析直流输电系统单极运行时引起的交流变电压器的中性点偏磁电流是可行的，但对于轨道交通引起的快速变化的动态波动过程中的偏磁电流来讲，当前尚未引起充分重视，也缺乏必要和有效的检测方法，用于传统偏磁电流的测量方法得出的数据不足以发现轨道交通对偏磁电流影响的规律。如图15所示，其为本实施例的数据分析流程，本发明提供了一种适用于城市变电站中性点因轨道交通引起的偏磁电流的测量与统计方法，分析了测量系统的组成以及相应技术要求，变电站的选择方法、数据的采集方法、统计方法、展示方法以及应用方法。通过本发明，既可以分析短时间内的偏磁电流变化规律，也能通过特征值的分析，获取较长时间段的特征值的变化规律，为轨道交通对供电系统影响的测量提供了一种新的方法。通过本发明，可以采样及计算快速变化的动态波动过程中的偏磁电流，以对不同时段，即高峰、非高峰时段，以及停运时段的动态波动进行统计学意义上的统计分析，进而进行有关特性及特征的表征来研究轨道交通直流引供电系统引起的变压器中性点偏磁电流，对于研究轨道交通对于变压器设备的影响以及评估、治理，都具有重要的意义。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种变压器中性点偏磁电流测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：

霍尔传感器，安装于被测站点中的变压器的中性点接地线上，用于以预设采集频率采集偏磁电流；所述被测站点为中性点存在有效接地的变电站；

控制单元，与所述霍尔传感器通信连接，用于接收所述偏磁电流并存储。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述被测站点为城市中的重点变电站；所述重点变电站包括与轨道交通的距离在第一预设范围内的第一变电站、与轨道交通末端站的距离在第二预设范围内的第二变电站以及所述第一变电站和所述第二变电站的对侧变电站。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置用于对高压侧和低压侧同时存在中性点接地的所述变压器中的高压侧进行测量；

所述测量装置还用于对采用接地电缆输电的所述被测站点中的接地电缆的电缆护套进行测量。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括零序电流互感器；所述零序电流互感器安装于所述变压器的中性点接地线上；所述零序电流互感器与所述控制单元通信连接；

所述零序电流互感器用于在所述偏磁电流达到预设值时，将产生的零序电流作为录波数据传输至所述控制单元；所述控制单元用于根据接收的所述录波数据进行谐波分析。

5.一种变压器中性点偏磁电流测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

接收并存储霍尔传感器以预设采集频率采集的偏磁电流；所述霍尔传感器安装于被测站点中的变压器的中性点接地线上；所述被测站点为中性点存在有效接地的变电站。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括多种测量方式；所述测量方式包括所述变压器上两个接地点的同步测量、所述变压器与电缆护套的同步测量、同一所述被测站点中多个所述变压器的同步测量、关联被测站点中所述变压器的同步测量以及偏磁治理前后同一所述变压器的测量。

7.一种变压器中性点偏磁电流统计方法，其特征在于，所述统计方法包括：

获取统计站点目标时段内每一采样点的偏磁电流；所述目标时段至少包括一个单元时间；所述单元时间为预设时间段；

根据所述目标时段内每一采样点的偏磁电流，计算所述目标时段中每一所述单元时间对应的特征值；所述特征值包括最大值、最小值、平均值、绝对值最大值、绝对值平均值和正值分布概率。

8.根据权利要求7所述的统计方法，其特征在于，所述统计站点包括不同电压等级的被测站点、位于城市不同区域的被测站点、地上被测站点以及地下被测站点。

9.根据权利要求7所述的统计方法，其特征在于，一个所述单元时间内的偏磁电流采用所述特征值或者由时间和偏磁电流组成的曲线图进行表示；

多个所述单元时间分别对应的所述特征值采用表格或者由时间和特征值组成的曲线图进行表示。

10.根据权利要求7所述的统计方法，其特征在于，所述统计方法还包括对比分析；所述对比分析包括对相同单元时间内不同变压器的偏磁电流进行对比、对不同单元时间内同一变压器的偏磁电流进行对比、相同目标时段内不同变压器的特征值进行对比以及不同目标时段内同一变压器的特征值进行对比。

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